Question

16．1923年以前，甲醇一般是用木材或其廢料的分解蒸餾來生產(chǎn)的．現(xiàn)在工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用一氧化碳或二氧化碳加壓催化加氫的方法，工藝過程包括造氣、合成凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序．
已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)如下表所示：

化學反應	平衡常數(shù)	溫度℃
		500	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②2H2（g）+CO2（g）?H2O+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

（1）反應②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）某溫度下反應①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖1所示．則平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
據(jù)反應①與②可推導出K₁、K₂與K₃之間的關系，則K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）．

（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應②，已知c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ如圖2所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，則曲線Ⅰ可變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積（快速）壓縮至2L．
（4）甲醇燃料電池有著廣泛的用途，若采用鉑為電極材料，兩極上分別通入甲醇和氧氣，以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，則該堿性燃料電池的負極反應式是CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應②平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷平衡移動方向，圖表中的數(shù)據(jù)可知平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；
（2）某溫度下反應①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強（P）的關系分析，溫度不變平衡常數(shù)不變；書寫反應①②③的平衡常數(shù)表達式，結(jié)合特征就是得到反應③的平衡常數(shù)，分析反應特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變；
（4）甲醇燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，堿溶液中甲醇失電子生成碳酸根離子；

解答 解：（1）圖表中反應②平衡常數(shù)隨溫度變化，500°C變化到800°C，平衡常數(shù)從1.0變化為2.5，溫度升高平衡常數(shù)增大，平衡正向進行，說明正反應是吸熱反應；
故答案為：吸熱；   
（2）某溫度下反應①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強（P）的關系分析，平衡狀態(tài)由A變到B時溫度不變，平衡常數(shù)不變，K（A）=K（B），
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），平衡常數(shù)K₁=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[{H}_{2}]^{2}[CO]}$，②2H₂（g）+CO₂（g）?H₂O+CO（g），平衡常數(shù)K₂=$\frac{[CO][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{2}[C{O}_{2}]}$
依據(jù)反應①+②得到反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數(shù)K₃=$\frac{[C{H}_{3}OH][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{3}[C{O}_{2}]}$=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[{H}_{2}]^{2}[CO]}$×$\frac{[CO][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{2}[C{O}_{2}]}$，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，
故答案為：=，K₁•K₂；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑，當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變，曲線Ⅰ時容器體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件變化為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合，
故答案為：加入催化劑，將容器的體積快速壓縮至2L；
（4）甲醇燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，堿溶液中甲醇失電子生成碳酸根離子，負極電極反應為：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O，
故答案為：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O；

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)、化學平衡影響因素、圖象變化特征的分析，原電池原理的應用，主要是弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的計算，題目難度中等．